前座駕駛員

圖2  SH-Navi2V(也稱作SH7774汽車導(dǎo)航系統(tǒng))的結(jié)構(gòu)圖顯示通過瑞薩科技SuperHyway 64位總線連接到IMP圖像識(shí)別引擎速度提升的SH-4A內(nèi)核。這個(gè)總線經(jīng)過設(shè)置還可以把兩個(gè)內(nèi)核連接到DDR2(DDR600)外部內(nèi)存

　　它能夠與64位DDR外部內(nèi)存通信。從內(nèi)部總線可以看出芯片的外設(shè)和圖像加速器之間通信速度：一個(gè)50MHz 32位總線對(duì)于速度較慢的外設(shè)(包括GPS)是足夠的，一個(gè)100MHz 32位總線用于視頻、USB和顯示。SH-4A的內(nèi)核和3D圖像加速器相互連接，并且通過瑞薩200MHz時(shí)鐘速度的SuperHyway 64位總線連接到100MHz DDR總線。內(nèi)存總線和速度更高的內(nèi)部連接在時(shí)鐘頻率上的不同表明，400MHz SH-4A內(nèi)核的通信量在一邊，3D圖像和外設(shè)總線的通信量在另一邊。除了SH-4A內(nèi)核提供的緩存之外，我們感到意外的是沒有片上內(nèi)存。連接SRAM、閃存以及外部音頻codec的外部32位總線表明，這種與SH-Navi1 (SH7770)相同的配置可能最初就是有意為之的，針對(duì)的是需要不同層次的性能和更少外設(shè)的應(yīng)用。

　　SH-Navi系列芯片和SH架構(gòu)的設(shè)計(jì)是為了在汽車應(yīng)用允許的最大功耗的情況下提供最高性能。根據(jù)系統(tǒng)的類型，最大功耗范圍是3W至5W。在手機(jī)中使用的SH-Mobile系列處理器中，另外采用了一種低功率SH架構(gòu)用以處理應(yīng)用程序。在不同的家庭信息/娛樂設(shè)備中，SH-Navi1很容易提供“控制器-codec-顯示”功能。它的核心SH-4 A事實(shí)上已經(jīng)用于多媒體應(yīng)用。

　　據(jù)瑞薩科技稱，SH-Navi1能夠用于導(dǎo)航，例如處理和顯示地圖和實(shí)時(shí)GPS定位等。它能夠執(zhí)行路徑計(jì)算，考慮駕駛員的偏愛和交通數(shù)據(jù)，以2D和3D圖像提供周圍環(huán)境的細(xì)節(jié)，幫助駕駛員解釋來自SH-Navi1的指令。

　　SH-Navi1芯片主要可以作為信息娛樂應(yīng)用中的控制器，如電視接收、DVD播放以及作為音樂錄音機(jī)和/播放機(jī)(MP3/AAC)。芯片的Telematic應(yīng)用包括藍(lán)牙連接、應(yīng)急電話/信號(hào)、語音合成與識(shí)別等。如果SH-Navi1需要同時(shí)執(zhí)行多個(gè)應(yīng)用，如導(dǎo)航應(yīng)用、語音合成和語音識(shí)別，只有對(duì)字典中少數(shù)不常用的詞匯進(jìn)行語音識(shí)別時(shí)，SH-Navi1的性能才會(huì)達(dá)到極限。語音識(shí)別對(duì)話中的上下文需要大概400MHz的CPU。

　　與SH-Navi1相比，瑞薩科技90納米的SH-Navi2V新型芯片絕不是前一個(gè)版本(見圖2)的簡單升級(jí)，而是技術(shù)上的一次飛躍。據(jù)瑞薩科技在網(wǎng)站上介紹稱，SH-Navi2V (SH7774)既不是對(duì)當(dāng)前版本芯片的最后一次改進(jìn)，也不是公司這類處理器的最后一代。瑞薩科技網(wǎng)站披露的計(jì)劃顯示，該公司計(jì)劃在2009~2011年推出SH-Navi3和SH-Navi4芯片。SH-Navi3和后續(xù)芯片將采用SH-4A多核CPU。

　　與SH-Navi1一樣，SH-Navi2V是圍繞雙向超標(biāo)量體系SH-4A結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的。SH-4A是SH-Navi2V的8級(jí)管線內(nèi)核，把工作頻率從400MHz提高到600MHz。其他少量的管線可以幫助把功耗保持在合理的水平。SH-4A內(nèi)核擔(dān)負(fù)著執(zhí)行導(dǎo)航軟件程序以及包括判斷和數(shù)據(jù)傳輸在內(nèi)的高水平的圖像應(yīng)用程序代碼，它把性能需求較高的圖像任務(wù)交給圖像識(shí)別引擎，即便是更高頻率的SH-A4或是一個(gè)簡單的DSP都不能支持圖像識(shí)別引擎的工作任務(wù)。

　　據(jù)瑞薩科技稱，車道識(shí)別需要相當(dāng)于300MIPS到600MIPS的性能，空閑的可(最高到600MIPS)用于識(shí)別交通警示牌和速度限制。車輛和行人探測需要更高的要求，大概6000MIPS。對(duì)駕駛員眼睛焦點(diǎn)的監(jiān)測和處理可能需要8000MIPS。

　　為了在設(shè)計(jì)功率和成本范圍之內(nèi)提供最高性能，SH-Navi2V架構(gòu)必須做出一些犧牲，把圖像處理引擎與SH-4A結(jié)合起來：去掉了SH-Navi1原來帶有的3D圖像加速器，包括USB和GPS在內(nèi)的許多外設(shè)轉(zhuǎn)到外部ASIC上。對(duì)比SH-Navi2V和SH-Navi1，我們發(fā)現(xiàn)，除了圖像處理引擎之外，這個(gè)芯片還增加了新功能：以太網(wǎng)和GPIO等外設(shè)以及用于拷貝CD的AACx8實(shí)時(shí)編碼器。AAC將作為下一代音頻編碼取代MP3。SH-Navi1首先不是一個(gè)完整的系統(tǒng)芯片，但是這種芯片的某些功能符合瑞薩把它用于汽車應(yīng)用的意圖。相比之下，SH-Navi2V擁有更通用的配置，增加了內(nèi)存和內(nèi)部加速器。新配置使得SH-Navi2 V (SH7774)還能適用與家庭、安全和工業(yè)應(yīng)用。

　
圖3(a)瑞薩科技灰度搜索引擎單元(GSEU)內(nèi)核是一個(gè)MIDI架構(gòu)，設(shè)置為16 x AREA的四處理器GSEU。這個(gè)灰度搜索引擎單元工作速度為300MHz。如果不需要執(zhí)行其它內(nèi)核，它能夠提供每秒48億相關(guān)步(Correlation steps)。
(b)結(jié)構(gòu)圖顯示了GSEU處理引擎和輔助的預(yù)處理和后處理器單元、用于補(bǔ)償光和圖像對(duì)比度的矩形圖單元和重要的標(biāo)記單元

　　90納米的SH-Navi2V內(nèi)部邏輯芯片的供電電壓為1.1V，外部接口使用3.3V和1.8V電源。以600MHz頻率運(yùn)行時(shí)，瑞薩自己預(yù)計(jì)這種雙向超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)的SH-4A內(nèi)核可以達(dá)到1080mips和4.2GFLOP。它的浮點(diǎn)單位可以用在4個(gè)寬矢量和1個(gè)矢量雙精度的浮點(diǎn)運(yùn)算。除了用于指令和數(shù)據(jù)的四路組相聯(lián)32KB單獨(dú)緩存之外，SH-4A能夠訪問總?cè)萘繛?52KB的片上內(nèi)存和DDR2外部內(nèi)存。SH-Navi2V芯片有兩種節(jié)電模式：睡眠和后備電源，僅向內(nèi)存供電以保持機(jī)器的狀態(tài)和程序數(shù)據(jù)。

以38.4GOPS的速度進(jìn)行圖像識(shí)別

　　除了能夠同時(shí)在SH-4A內(nèi)核和輔助加速器上運(yùn)行代碼之外，SH-Navi2V能夠以38.4GOPS的速度執(zhí)行圖像識(shí)別算法。在這個(gè)性能的水平上，芯片能夠幫助駕駛員使用導(dǎo)航系統(tǒng)中的地圖數(shù)據(jù)庫識(shí)別汽車的準(zhǔn)確位置，或者辨別汽車正在行駛的車道。如果車道是采用凸起的方式繪制的話，H-Navi2V還能夠識(shí)別車道的邊界。并且可以識(shí)別交通信號(hào)，例如限速的標(biāo)識(shí)和警告路況的警示標(biāo)志。芯片的SoC設(shè)計(jì)賦予了圖像識(shí)別引擎幫助接管剎車和方向盤的功能。

　　圖像識(shí)別功能包含了一個(gè)可部分編程的硬線邏輯配置，相當(dāng)于一個(gè)64位的并行處理器GSEU(灰度搜索引擎單元)，專門設(shè)計(jì)用作完成70%至90%的處理工作。該圖像識(shí)別引擎的API(應(yīng)用程序編程接口)能夠調(diào)用接近200種DSP內(nèi)核，處理兩個(gè)攝像機(jī)的圖像拍攝。這個(gè)正在考慮之中的系統(tǒng)不使用立體圖像，但是，圖像識(shí)別引擎能夠用于立體圖像的工作。

　　圖像識(shí)別引擎可以實(shí)時(shí)執(zhí)行的典型功能之一是歸一相關(guān)法(Normalized Correlation)。歸一化相關(guān)法在文獻(xiàn)資料中也可以找到，稱作“歸一化互相關(guān)(Normalized Cross-Correlation)”和“模板圖象匹配的互相關(guān)(Template Matching by Cross-Correlation)”或者“歸一化灰度相關(guān)法(Normalized Gray-Scale Correlation, NGC)”。后兩個(gè)定義合在一起可能是對(duì)這個(gè)功能的最好解釋，可幫助識(shí)別路標(biāo)、車輛和其他要必須識(shí)別的形狀。NGC主要用于車輛跟蹤功能，輸入端是一個(gè)預(yù)處理過的8位灰度圖像，過濾后僅僅保留用于某些特性用于搜索和與具體參考圖像進(jìn)行對(duì)比用。這些參考圖像是一些模板，例如，可以幫助處理器區(qū)分出長方形的交通標(biāo)志牌和類似形狀的路邊廣告牌。這種2D(空間)模板存儲(chǔ)在庫中，就如同把詞匯存儲(chǔ)在詞典中供計(jì)算機(jī)解釋語音指令一樣。在基于視頻的圖像識(shí)別中，這種工作將更復(fù)雜，因?yàn)橛跋竦倪\(yùn)動(dòng)以及更新、翻譯和預(yù)測交通狀況的需求。